Повышение начальных

Ионная имплантация — это внедрение ионов химических элементов бомбардировкой поверхности пучками соответствующих ускоренных ионов в вакууме. Она обеспечивает повышение микротвердости и выносливости в несколько раз.

Сведения об упрочнении режущих инструментов с помощью высокоэнергетических ионных пучков содержатся в ряде зарубежных изданий, в частности в [79], где значительный эффект (увеличение износостойкости до 10 раз и более) достигается чаще всего при резании легкообрабатываемых материалов, таких, как пластмассы, ацетатная целлюлоза, синтетический каучук и т.п. Однако, как правило, отсутствует объяснение механизмов, ответственных за повышение износостойкости. Из зафиксированных эффектов можно отметить повышение микротвердости твердых сплавов в результате ИЛО. В нашей стране также известны многочисленные факты существенного улучшения эксплуатационных свойств твердосплавных режущих инструментов вследствие ионно-лучевого модифицирования [80, 83, 104, 112-114]. Ионы азота чаще всего используются для повышения износостойкости твердосплавного инструмента. Так, в работе [83] указывается на значительное повышение износостойкости инструментов из сплава ВК6 после имплантации ионов N+. Для объяснения полученных результатов авторы высказывают предположение, что основной эффект ионной имплантации проявляется в связующей фазе, которая, обладая повышенной износостойкостью, термозит процесс выкрашивания карбидных зерен. Вместе с тем присутствие ионов азота блокирует процесс диффузии кобальта в обрабатываемый материал.

Выдержка закаленного хрома при 20 °С снова вызывает постепенное повышение микротвердости границ зерен вследствие сегрегации примесей. Так, после закалки с 420 °С микротвердость границ зерен равна 3140 МПа, а после 8—16 ч выдержки 3770 МПа; микротвердость тела зерен остается постоянной.

Рентгеноструктурный анализ и измерение микротвердости поверхностного слоя образца подтверждают, что повышение микротвердости мартенсита при ударном нагружении является результатом упрочнения от пластического деформирования мартенсита и превращения остаточного аустенита в мартенсит.

С увеличением содержания марганца до 1,3% отмечено денд-итное строение и некоторое увеличение эвтектики. При содержа-ии 1,48% Мп количество перлита увеличилось, а количество эв* зктики уменьшилось. Вторичного цементита нет. Повышение со* зржания марганиа характеризовалось увеличением микротвердо--и цементита до 11,95 кН/мм2 (рис. 23). При содержании 1,3% Мп ^мечено некоторое повышение микротвердости эвтектоида и уве-1чение удароустойчивости. Твердость чугуна находилась в пре* :лах HV 5,39—5,62 кН/мм2. Сопротивление изнашиванию несколь-> увеличилось.

Значительное повышение микротвердости в ЗТВ, наблюдающееся при увеличении содержания углерода в углеродистых сталях, можно, очевидно, объяснить наличием значительных термических и структурных напряжений в сталях, обусловленных высокоскоростным нагревом и охлаждением. Термические напряжения вызывают примерно одинаковый уровень упрочнения во всех сталях,

Во втором слое ЗТВ наблюдается повышение микротвердости, которое может быть объяснено тем, что количество остаточного

Отпуск при 560° С приводит к интенсивному распаду остаточного аустенита, превращению его во вторичный мартенсит и значительному повышению твердости первого слоя (с 500 — 600 кгс/мм2 перед отпуском до 850 — 925 кгс/мма после отпуска), в то время как микротвердость исходной структуры сохраняется равной 780 кгс/мм^ (кривая 2, рис. 5). Таким образом, отпуск быстрорежущей стали, подвергнутой нагреву лучом ОКГ, при температуре 560° С приводит к некоторому упрочнению ее по сравнению с исходным состоянием стали, полученным в результате стандартной термической обработки. Повышение микротвердости составляет 70 — 100 кгс/мм2.

Обработка образцов велась излучением лазера на неодимовом стекле с энергией импульса 9 Дж и длительностью 4 мс. При этом каждый локальный участок поверхности облучался различным количеством импульсов — от одного до пятнадцати. В результате воздействия лазерного излучения в техническом железе образовались зоны, отличающиеся по своим свойствам от исходного а-железа. Средняя глубина проникновения молибдена в матрицу составляет 450—500 мкм. При рассмотрении микрошлифов образцов обнаруживается четкая, неразмытая граница между зоной воздействия лазерного излучения и основным металлом. Данные измерения микротвердости зоны по ее глубине и в поперечном сечении на расстоянии от поверхности 200 мкм свидетельствуют о ее повышении в обработанной области в 1,5 раза по сравнению с микротвердостью а-железа. Результаты дюрометрического исследования показывают, что микротвердость по всей зоне воздействия излучения почти одинаковая, некоторое повышение ее наблюдается у нижней границы зоны. Повышение микротвердости и ее однородное распределение по всей области позволяют предположить наличие твердого раствора молибдена в а-железе. Рентгеноструктурный анализ показал наличие в обработанной зоне двухфазной структуры, которая имеет ОЦК решетки с различными периодами. Одна из них относится к а-железу, а вторая соответствует твердому раствору молибдена в а-железе с увеличенным межплоскостным расстоянием по сравнению с этим расстоянием в матрице. Вследствие того, что при растворении молибдена увеличиваются размеры кристаллической решетки железа, при точном измерении периода решетки можно определить содержание легирующего элемента в твердом растворе. Причем известно, что 1 % по массе молибдена увеличивает период решетки на 0,002 А.

Характер изменения микротвердости стали Х18Н10Т в про-пессе старения при 650° С свидетельствует о том, что скорость предварительной деформации растяжением существенным образом влияет на развитие процессов деформационного старения. В образцах, деформированных на 5% со скоростью 140 мм/ч (рис.1), наблюдается повышение микротвердости в течение первого часа изотермической выдержки; уменьшение степени деформации до 1% приводит к повышению микротвердости только после 4—5 ч. Начальное снижение микротвердости, по-видимому, связано с влиянием повышенной температуры. Увеличение времени изотермической выдержки при 650° С до 11 ч приводит к дальнейшему повышению микротвердости.

Выполненное в данной работе экспериментальное исследование подтвердило, что деформационное старение состоит, по-видимому, в увеличении числа точек закрепления дислокаций примесными атомами, в связи с чем наблюдается отмеченное повышение микротвердости в течение первых часов старения и увеличение полуширины рентгеновских линий. При дальнейшем старении происходит укрупнение вторичных фаз карбидов МеС и Ме23С6, проиллюстрированное данными электронно-микроскопического исследования; при этом наблюдается второй пик микротвердости и микронапряжений (старение до 5ч). С увеличением степени деформации от 1 до 5% скорость протекания процессов деформационного старения повышается.

Изложенными выше соображениями объясняется современная тенденция к повышению начальных параметров пара. Переход от начального давления пара (перед турбинами), равного 3,5 Мн/м2, и температуры, составляющей 450° С, к давлению 9,0 Мн/м2 и температуре 500° С дает уменьшение расхода топлива на 14—16%; дальнейшее повышение начальных параметров пара до 14 Мн/м2 и 565° С обеспечивает дополнительно до 12% экономии топлива. В настоящее время стоит вопрос о доведении начальных параметров пара до 30 Мн/м2 и более при температуре его 650° С. Переход на использование пара таких параметров повлечет за собой дальнейшее повышение экономичности установок, однако потребует использования в конструкции котлов и турбин особо жаропрочных сталей. ,

растала и к настоящему времени у нас достигла 2400 Мет и более. Увеличение мощности и повышение начальных параметров пара отражаются на компоновке крупных электрических станций. Строительство их осуществляется по блочной системе.

Но есть другой путь — повышение начальных параметров пара: его температуры и давления. Переходя на более высокие параметры, мы как бы повышаем долю тепла, забираемого паром в котле сверх скрытой теплоты парообразования. А ведь это тепло почти полностью можно превратить в механическую энергию вращения ротора турбины.

Вся история развития мирового паротурбостроения есть история борьбы за повышение начальных параметров пара.

Однако дальнейшее повышение начальных параметров вызывает значительное удорожание основного оборудования КЭС и усложнение их эксплуатации, особенно вследствие повышения требований к качеству питательной воды для котлов.

станции и сокращает расход топлива при заданной выработке энергии на 12—15% и выше. Дальнейшее повышение начальных параметров до 170—225 ата, 550—600° С может дать дополнительно почти такую же экономию топлива.

Таким образом, повышение начальных параметров пара на комбинированных установках весьма благоприятно как и на конденсационных установках.

Ртутный паровой циъл. Успехи современной металлургии качественных сталей и машиностроения позволяют перейти к применению циклов с начальной температурой 600° С. Основное рабочее вещество современных электростанций — водяной пар — имеет низкую критическую температуру -374,2° С, при высоком критическом давлении — -225,5 ата. Повышение начальных параметров водяного пара — • температуры от 400 -;- 500 до 600° С и давле-'ния от 30 -г- 100 ата до критического и сверх-

Аналогичные цифры для повышения температуры до 550° при давлении 29 ата—38,9%, для повышения давления до 225 ата при температуре 400° —42,4%, а для совместного повышения пара!метров до 225 ата, 550°—46,7%. Таким образом, повышение начальных параметров пара является мощным средством увеличения экономичности тепловой электростанции. При этом повышение обоих параметров пара одновременно дает лучшие результаты, чем одно только повышение давления или температуры пара.

Поэтому дальнейшее- углубление расширения пара не является таким мощным средством, как повышение начальных параметров. Вместе с тем в эксплоатации чрезвычайно важно соблюдать расчетное конечное давление пара, так как повышение давления после турбины из-за недостаточного количества охлаждающей воды или чрезмерно высокой температуры е© означает значительную энергетическую потерю.

Повышение начальных параметров пара во многих случаях возможно осуществить, используя частично имеющееся на электростанции оборудование на низкие начальные параметры пара.